基于FPGA的1.4Hz分辨率DDS信号源设计详解

本篇论文探讨了如何利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）设计一个DDS（Direct Digital Synthesizer，直接数字式信号发生器）信号源。该设计旨在实现高精度的频率控制，具有最小频率分辨率1.4Hz，可调频率范围从1kHz至70kHz，并且能输出0-5V的电压幅度。作者谢巍，学号2007073077，是控制工程学院工控072班的学生，在导师李云鹏的指导下完成。 论文的核心部分首先介绍了实验设备，包括一台数字存储示波器和一块EP1K30TC144-3FPGA实验板。电路设计采用了51单片机、FPGA、8位数码管、4×4矩阵键盘以及8位ADC0804组件。FPGA负责复杂的逻辑运算，如键盘扫描、正弦波的生成和数码管动态显示。单片机则处理来自FPGA的数据，包括按键输入的处理和DDS频率控制字的生成。ADC负责将FPGA产生的正弦波数字信号转化为模拟信号。 DDS的工作原理部分详细解释了信号发生过程。相位累加器通过频率控制字（TUNING WORD）在每个时钟周期内递增相位，当超过累加器的位数（N位）时，会进行溢出，仅保留低N位。查询表ROM用于根据相位值查找相应的正弦幅度值，再通过DAC转换为模拟信号，经过滤波器输出纯净的正弦波。 设计的关键参数计算涉及到频率控制字M对输出频率的影响。最小溢出频率fsmin等于时钟频率fC除以累加器位数的两倍，而最大溢出频率fsmax则与最大频率控制字Mmax和fC有关。为了保证输出信号的平滑性，设计中选择了256个采样点，尽管这限制了最高频率，但能确保输出波形质量优良。 累加器的设计对于DDS性能至关重要，它决定了信号的频率精度和稳定性。通过深入理解并优化累加器和查询表ROM的协同工作，该论文展示了如何在FPGA平台上实现高效的DDS信号源设计。 这篇论文不仅涵盖了FPGA设计的基本概念和技术，还深入剖析了DDS信号发生器的设计策略和关键参数计算，为读者提供了实际应用中的设计思路和技术细节。